[发明专利]一种全固态白光发光二极管的封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管的封装技术领域，具体涉及一种全固态白光发光二极管的封装方法。

背景技术

作为一种节能、绿色环保光源，LED 被称为是继白炽灯、荧光灯和高压放电灯之后的第四代光源，随着人们对 III-V 族化合物材料的深入研究以及金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长技术的日趋成熟，已经开发出了超高亮大功率 LED，特别是高亮GaN 蓝光 LED 的问世，结合高转换效率的钇铝石榴石荧光粉(YAG：Ce3+)制得了双基色白光 LED，使 LED 快步走向照明领域。目前商用化的白光 LED 已达到100lm/w，Cree 公司的实验室水平已达到了 276lm/w。

LED以 III-V 族化合物半导体（如 GaAs、GaP 或 GaN等）材料为衬底，在同一半导体中，一半掺入 III族元素形成 P 型材料，另一半掺入 V 族元素形成 N 型材料，电子由 N 区向 P 区扩散，空穴由 P 区向 N 区扩散，在两半之间的边界上形成PN 结，同时产生一个势垒阻止电子和空穴的进一步扩散，达到平衡状态，当 PN 结外加一个正向偏置电压时，PN 结势垒降低，N 区电子向 P 区注入，电子和空穴在 PN 结处相遇复合并将多余的能量以光子的形式释放出来。出射光子的频率由半导体禁带宽度决定，因此，采用禁带宽度不同的材料制得的 LED，所发的光波长不同，LED 所发出的光为窄带单色光，因此单个 LED 芯片是无法得到白光的。

根据对可见光的研究，人的眼睛所能看到的白光可以由两种或两种以上的单色光混合而成。基于这一原理，有三种方法得到白光 LED，第一种是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光；第二种在蓝色LED芯片上涂敷绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光；第三种是在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光（370nm－380nm）或紫光（380nm－410nm）来激发荧光粉，从而实现白光发射。

虽然实现白光 LED 器件的封装工艺已经实现了商业化，但是封装出的大功率白光 LED器件的热稳定性能不是很好。因为荧光粉封装白光 LED 需要环氧树脂或者硅胶固定蓝光芯片，同时减小了芯片和粉体之间的空气气孔，但是环氧树脂或者硅胶是有机物，所以在蓝光芯片的温度升高时，特别是大功率 LED 器件封装，有机物很容易在温度升高时发生化学反应，导致反应后的有机物的透过率下降，其后果是大功率 LED 器件的使用寿命被大打折扣，而且他们的流明效率也会呈现指数性的下降，还会由于有机物的热分解对环境造成一定的损害。甚至由于 PN 结的温度太高，热量来不及散失，容易造成荧光粉的热稳定性下降，器件的发光强度在温度升高时呈现指数式下降。

此外，荧光粉的涂敷方式以点胶机点胶的方式为主，具体流程是将荧光粉与环氧树脂或者硅胶混合后涂覆到LED芯片的表面，以上这种点胶涂覆的方式在实际生产控制中存在较多的问题，比如点胶的过程中随着时间的变化涂敷的胶量在逐渐变化引起的光色和色温一致性难以控制等诸多问题。

业界为了克服传统荧光粉封装方式的缺点，例如采用更高精度和带有补偿功能的点胶机来控制荧光粉涂覆的一致性，研发新型胶体封装材料来克服胶体变质黄变等等方法，但是普遍难以在根本上解决以上问题，为了克服传统封装中的种种缺陷，出现了将荧光稀土离子掺入固态透明材料中制成荧光片代替荧光粉与环氧树脂，硅胶混合的封装工艺，例如专利200910265306.9中所利用到的固态透明材料通常由ＡＲＴＯＮ、ＣＯＣ、ＣＯＰ、ＰＭＭＡ和光学玻璃其中任一种材料成型的透明基材进行荧光粉镀膜形成；进行封装时，将荧光片用硅胶粘合到LED芯片上，例如专利200910213747. 4中采用荧光粉预成型片与LED芯片胶合的方式来改进荧光粉的涂布均匀性问题，但是这种封装方法在荧光层与LED芯片之间还是存在有硅胶层，而硅胶层的折射率为1.5,低于LED芯片折射率2.4，造成了较高的全反射损耗，很大一部分光无法从芯片中出射而被芯片吸收转化为热量，并且将荧光粉预成型片切割成与芯片等大小的工艺较为复杂，芯片的粘合工艺也要求很高的加工精度，直接或者间接增加了封装成本，影响了成品率。